[논문]연속체 모델에 기초한 SSI 동적해석 시 지진파 탁월주기가 초고층 건물에 미치는 영향

유광호; 김주형; 김승진

doi:10.14481/jkges.2019.20.12.5

[국내논문] 연속체 모델에 기초한 SSI 동적해석 시 지진파 탁월주기가 초고층 건물에 미치는 영향
Influence of Predominant Periods of Seismic Waves on a High-rise Building in SSI Dynamic Analyses with the Complete System Model 원문보기

한국지반환경공학회논문집 = Journal of the Korean Geoenvironmental Society, v.20 no.12, 2019년, pp.5 - 14

유광호 (Department of Civil and Environmental Engineering, University of Suwon) , 김주형 (Multi-Disaster Mitigation Research Group, Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology) , 김승진 (Department of Civil and Environmental Engineering, University of Suwon)

초록
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최근 우리나라에서 지진이 발생하여 대도시의 초고층 건물의 내진연구가 증가하고 있다. 하지만 대부분의 초고층 건물의 내진연구 및 해석은 지반을 간접적으로 고려하고 있다. 또한 지진파 탁월주기의 영향이 거의 고려되고 있지 않는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 지진파 탁월주기가 초고층 건물 동적거동에 미치는 영향이 지반을 고려하는 연속체 모델을 적용하여 분석되었다. 이를 위해 유한요소기반의 수치해석 프로그램인 MIDAS GTS NX를 사용하여 선형시간이력해석을 적용한 2D 동적해석을 수행하였다. 또한 동적거동 분석을 위해 수평변위, 층간변위비, 휨응력 및 건물 취약부를 이용하였다. 연구 결과, 전반적으로 초고층 건물은 지진파 탁월주기가 길어질수록 더 큰 동적반응이 발생하였다. 또한 지진파 탁월주기가 다른 파라미터인 지반조건, 지진파 크기보다 더 큰 영향을 주는 것으로 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper

Recently in Korea, researches on seismic analyses for high-rise buildings in a large city have been increasing because earthquakes have occurred. However, the ground conditions are not included in most of seismic researches and analyses on a high-rise building. Also the influence of the predominant period of a seismic wave is not considered in reality. Therefore, in this study, the influence of the predominant period of a seismic wave on the dynamic behavior of high-rise buildings was analyzed based on the complete system model which can consider the grounds. For this purpose, 2D dynamic analyses based on a linear time history analysis were performed using MIDAS GTS NX, a finite-element based program. Dynamic behavior was analyzed in terms of horizontal displacements, drift ratios, bending stresses, and building weak zones. As a result, in overall, the dynamic response of a high-rise building become bigger as the predominant period of a seismic wave become longer. It was also found that the predominant period had a greater influence than other parameters, ground conditions and peak ground acceleration.

주제어

표/그림 (18)

그림 Fig. 1. Mexico-VILE input seismic wave
그림 Fig. 2. Mexico-VILE response spectrum by predominant period
그림 Fig. 3. 3D Modeling for a OO high-rise building
그림 Fig. 4. The analysis section of the 62 story high-rise building
표 Table 1. The calculation of member size for predominant period in 2D analysis
표 Table 2. Ground properties
표 Table 3. Properties of building structural members
표 Table 4. The results of eigenvalue analyses
그림 Fig. 5. The distributions of drift ratios by ground types (PGA=0.154g)
표 Table 5. The comparison of the building displacement analysis by predominant periods
그림 Fig. 6. The horizontal displacements history at the top of left building (hard rock, PGA=0.154g)
그림 Fig. 7. Comparison of maximum horizontal displacements and drift ratios by predominant periods
그림 Fig. 8. The maximum acceleration response of the high-rise building by predominant periods
그림 Fig. 9. The acceleration response spectrum of the high-rise building (soft rock, PGA=0.154g)
표 Table 6. The maximum acceleration response of the high-rise building (unit: g)
그림 Fig. 10. The comparison of the building maximum bending stresses by predominant periods
그림 Fig. 11. The distributions of compressive bending stresses in the high-rise building by predominant periods (extremely hard rock, PGA 0.22g)
표 Table 7. Bending compression/tension stresses of the building when the maximum horizontal displacement occurs (unit: MPa)

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 초고층 건물을 대상으로 최대 가속도가 일정한 탁월주기를 갖는 계측지진파를 이용하여 건물의 동적거동에 미치는 영향을 비교･분석하고자 하였다. 이를 위해 국내 OO 초고층 건물(Univ.
본 연구는 지진파 탁월주기가 초고층 건물 동적거동에 미치는 영향을 분석하기 위해 2D 동적해석을 수행하고자 하였다. 이를 위해 Fig.
본 연구에서는 지반 범용 해석 프로그램인 MIDAS GTS NX를 이용하여 2D 해석 시 연속체 모델을 고려한 초고층 건물의 동적거동을 지진파 탁월주기에 따라 비교･분석하고자 하였다. 이를 위해 Fig.
본 연구에서는 지진동 시 가해진 지진파의 탁월주기를 달리하여 초고층 건물의 동적해석을 수행하였다. 이후 동적 거동인 변위, 가속도, 층간변위비, 휨응력 및 취약부를 분석하여 건물에 대한 탁월주기의 영향을 분석하고 다음과 같은 결론을 얻었다.
본 연구에서는 지진파 규모, 지진파 탁월주기, 지반조건에 대한 민감도 분석을 실시하고 2D 해석 초고층 건물에 대해 동적거동을 파악하고자 하였다. 이를 위해 지진파 탁월주기(predominant period) (0.
지진파 탁월주기별 초고층 건물의 취약층 발생 경향을 분석하고자 하였다. Fig.

가설 설정

of Suwon, 2017)을 대상으로 지반을 고려하는 연속체 모델이 적용되었다. 건물은 지상 62층, 지하 5층으로 기반암 위에 시공되고 지하부 주위에는 표층이 존재하는 것으로 가정하였다. 이후 기반암 하단에 지진파를 입력하고 유한요소 수치해석 프로그램인 MIDAS GTS NX를 이용하여 동적해석 중 선형시간이력해석을 실시하였다.
초고층 건물은 RC 건물로 가정하였기 때문에 콘크리트 표준시 방서(국토교통부, 2016b)에서 제시한 고강도 콘크리트의 설계기준강도(σck )를 40.0MPa로 가정하였다.
05 의 감쇠비를 적용하였다. 한편, 본 연구에서는 지반과 건물이 일체로 거동하는 것으로 가정하기 위해 접촉을 모사하는 경계요소(interface element)를 고려하지 않았다. 동적해석에 적용된 초고층 건물은 동일한 beam 요소를 사용하여 슬래브, 벽체 그리고 기둥으로 모사되었다.

제안 방법

이후 기반암 하단에 지진파를 입력하고 유한요소 수치해석 프로그램인 MIDAS GTS NX를 이용하여 동적해석 중 선형시간이력해석을 실시하였다. 그 후 지반조건, 지진파 탁월주기, 지진파 크기를 기준으로 민감도 분석을 실시하였다.
선형시간이력해석을 수행하기 위해 건물과 지반 전체 시스템에 대한 고유치 해석을 통하여 탁월주기를 구하였다. 동적해석 수행 후 발생되는 수평변위, 층간변위비, 휨응력, 건물 취약부 위치 및 범위를 분석하였다.
동적해석을 수행하기 위해서는 1, 2차 고유모드에 대한 고유주기가 필요하다(김종성 등, 2017). 따라서 지반을 고려한 건물-지반 전체 시스템에 대해 고유치해석을 수행하 였다. 이를 위해 기반암과 표층 좌･우측 및 바닥면에 지반 반력계수를 구하고 해당 부분에 탄성경계를 적용하여 고유 치해석을 수행한 결과, Table 4와 같이 정리되었다.
또한 건물의 자중을 고려하기 위해 철근콘크리트의 단위중량을 23.54kN/m³으로 적용하였으며 그 외의 활하중 및사하중은 각각 66kN/m² 및 146kN/m²으로 가하였다. 초고층 건물은 RC 건물로 가정하였기 때문에 콘크리트 표준시 방서(국토교통부, 2016b)에서 제시한 고강도 콘크리트의 설계기준강도(σ_ck )를 40.
지반조건의 경우 극경암, 경암, 연암 3 가지를 선정하였다. 또한 지진파 크기는 재현주기 1,000년과 2,400년에 해당되는 최대 지반가속도인 0.154g와 0.22g 2가지를 산정하였다. 선형시간이력해석을 수행하기 위해 건물과 지반 전체 시스템에 대한 고유치 해석을 통하여 탁월주기를 구하였다.
22g 2가지를 산정하였다. 선형시간이력해석을 수행하기 위해 건물과 지반 전체 시스템에 대한 고유치 해석을 통하여 탁월주기를 구하였다. 동적해석 수행 후 발생되는 수평변위, 층간변위비, 휨응력, 건물 취약부 위치 및 범위를 분석하였다.
, 2016) 프로그램을 이용하여 지반-구조물 상호작용(Soil-Structure-Interaction, SSI)을 고려한 동적해석의 타당성을 검증하였다. 이를 위해 건물 자체만 고려된 지하구조물 고정단 모델(PEER, 2017)과 건물과 지반을 함께 고려하는 연속체 모델의 초고층 건물의 동적거동을 비교･분석하였다. 그 결과 지반을 고려하는 연속체 모델을 사용하여 SSI를 고려하는 것이 타당하다고 주장하였다.
건물은 지상 62층, 지하 5층으로 기반암 위에 시공되고 지하부 주위에는 표층이 존재하는 것으로 가정하였다. 이후 기반암 하단에 지진파를 입력하고 유한요소 수치해석 프로그램인 MIDAS GTS NX를 이용하여 동적해석 중 선형시간이력해석을 실시하였다. 그 후 지반조건, 지진파 탁월주기, 지진파 크기를 기준으로 민감도 분석을 실시하였다.
본 연구에서는 지진동 시 가해진 지진파의 탁월주기를 달리하여 초고층 건물의 동적해석을 수행하였다. 이후 동적 거동인 변위, 가속도, 층간변위비, 휨응력 및 취약부를 분석하여 건물에 대한 탁월주기의 영향을 분석하고 다음과 같은 결론을 얻었다.
지반-구조물 상호작용을 고려한 초고층 건물의 동적거동을 파악하기 위하여 지진파 크기, 지반조건, 지진파 종류별로 비교･분석하였다. 층간변위비 및 휨응력은 최대 수평변위 발생 가진시간 때에서 계산되었다.
지반을 고려하는 SSI 연속체 모델을 적용하기 위해 해석 영역은 지진파가 요소망 좌･우측 및 바닥에서 반사되어 건물에 미치지 않도록 건물 좌･우측 벽체로 건물 폭의 4배, 건물 지하 바닥을 기준으로 3배만큼 적용하였다(김재민 등, 2009).
초고층 건물 최대 응답 가속도를 조사하고자 건물 최상단 좌측 벽체에서의 가속도 시간이력을 구하였다. 이후 고속 푸리에변환(Fast Fourier Transformation, FFT)을 이용하여 얻은 가속도 응답스펙트럼을 가지고 최대 응답 가속도를 Table 6과 같이 산출하였다.
초고층 건물의 변위 발생 양상을 최대 수평변위와 층간 변위비(drift ratio)를 사용하여 살펴보았다. 이 때 변위는 지하 바닥면과 접하고 있는 지반의 수평변위를 제외한 건물의 순수 수평변위(이하 ‘최대 수평변위’)를 이용하였다.
한편 건물의 부재에서 발생한 휨응력을 분석하고자 Table 7과 같이 압축과 인장 응력별로 24가지 경우에 대해 최대 휨응력을 정리하였다.
한편 지진파 탁월주기를 파라미터로 선정하기 위해 동일한 가속도를 유지하면서 4가지의 다른 탁월주기를 갖는 지진파를 생성하였다. 지반조건의 경우 극경암, 경암, 연암 3 가지를 선정하였다.

대상 데이터

본 해석에 적용한 표층과 기반암은 서울특별시(2006)에서 제공한 자료를 참고하여 각각 풍화토와 극경암, 경암, 연암을 적용하였다. 종합적으로 본 연구에 사용된 지반 물성치는 Table 2와 같다.
이를 위해 1985년에 멕시코에서 발생한 Mexico-VILE를 입력지진파로 선정하였다. 당초 계측된 지진파는 총 지속시 간은 128초이고 측정시간간격은 0.
본 연구는 지진파 탁월주기가 초고층 건물 동적거동에 미치는 영향을 분석하기 위해 2D 동적해석을 수행하고자 하였다. 이를 위해 Fig. 3과 같이 실제 시공된 국내 OO 건물의 3D 해석단면을 이용하였다. 고유치해석을 실시한 결과 고유주기는 약 5.
본 연구에서는 지반 범용 해석 프로그램인 MIDAS GTS NX를 이용하여 2D 해석 시 연속체 모델을 고려한 초고층 건물의 동적거동을 지진파 탁월주기에 따라 비교･분석하고자 하였다. 이를 위해 Fig. 4와 같이 62층 초고층 건물은 지표면으로부터 22m 깊이의 풍화토층에 건물 지하부가 있는 것으로 하였다. 초고층 건물의 지상부 높이는 코어부 11.
따라서 본 연구에서는 초고층 건물을 대상으로 최대 가속도가 일정한 탁월주기를 갖는 계측지진파를 이용하여 건물의 동적거동에 미치는 영향을 비교･분석하고자 하였다. 이를 위해 국내 OO 초고층 건물(Univ. of Suwon, 2017)을 대상으로 지반을 고려하는 연속체 모델이 적용되었다. 건물은 지상 62층, 지하 5층으로 기반암 위에 시공되고 지하부 주위에는 표층이 존재하는 것으로 가정하였다.
이를 위해 지진파 탁월주기(predominant period) (0.5, 1.0, 1.5, 2.0초) (4 가지) × 지진파 크기(PGA) (0.154g, 0.22g) (2 가지) × 지반조건(극경암(extremely hard rock, E.H.R.), 경암(hard rock, H.R.), 연암(soft rock, S.R.)) (3 가지) 총 24 경우를 선정하였다.
한편 지진파 탁월주기를 파라미터로 선정하기 위해 동일한 가속도를 유지하면서 4가지의 다른 탁월주기를 갖는 지진파를 생성하였다. 지반조건의 경우 극경암, 경암, 연암 3 가지를 선정하였다. 또한 지진파 크기는 재현주기 1,000년과 2,400년에 해당되는 최대 지반가속도인 0.
12g 로 기록되었다. 지진파 크기의 영향을 고려하기 위해 재현 주기 1,000년 및 2,400년(국토교통부, 2018)에 해당되는 PGA 0.154g 및 0.22g로 스케일을 맞춰 지진파를 생성하였다. Fig.
4와 같이 62층 초고층 건물은 지표면으로부터 22m 깊이의 풍화토층에 건물 지하부가 있는 것으로 하였다. 초고층 건물의 지상부 높이는 코어부 11.7m를 더한 212.5m로 하였으며 층고는 1~2층 7.2m, 2~3층 5.8m, 그 외의 경우 3.2m로, 건물 지하부 폭(width, W)은 총 51m로 적용하였다.

이론/모형

종합적으로 본 연구에 사용된 지반 물성치는 Table 2와 같다. 그리고 측압계수는 표층과 기반암 모두 1.0을 적용하였으며, Mohr-Coulomb 파괴기준을 적용하 였다. 또한 지반, 건물 모두 Rayleigh 감쇠를 기준으로 0.

성능/효과

(1) 지진파 탁월주기가 장주기일수록 수평변위가 빠르게 감쇠되고 건물의 공진 가능성이 높아지기 때문에 최대 수평변위, 층간변위비 및 휨응력의 증가율이 지반조건 및지진파 크기보다 상대적으로 크게 발생하여 건물의 동적거동에 더 영향을 주는 것으로 나타났다.
(2) 층간변위비 분포의 경우 취약층은 40~50층인 상층부에서 발생하여 다른 층에 비해 취약한 것으로 나타났다. 또한 지반이 연약할수록 수평변위가 증가하였기 때문에 지반조건이 극경암에서 연암으로 연약해질수록 허용 기준을 초과되는 층이 확대되었다.
(3) 지진파 탁월주기가 상대적으로 장주기성일수록 공진 가능성은 높아지게 되어 최대 응답 가속도 스펙트럼은 특정 주기에 반응하지 않고, 근접한 하나의 첨두값을 갖는 것으로 나타났다.
(4) 허용 휨응력을 초과하는 취약부 범위는 탁월주기가 증가할수록 건물 공진가능성이 높아지기 때문에 지하부에서 지상 중간부로 좌･우측 벽체 및 첫 번째~세 번째 기둥으로 확대되었다.
Fig. 7(a)에서 보듯이 PGA가 0.154g이고 탁월주기가 0.5초에서 1.0초로 증가할 때 연암 지반조건의 최대 수평변위및 층간변위비는 각각 약 40% 및 57% 증가하였다. 탁월주기가 1.
Table 5에서 분석된 증가율 계산을 동일하게 하였을 경우 전체 평균 지진파 탁월주기, PGA가 증가할 때 최대 휨응력의 증가율은 각각 평균 68.5% 및 43.3%로 산출되었다. 반면 지반조건이 극경암에서 연암으로 연약해질수록 최대 휨응력은 평균 18.
22g, 연암지반조건에서 발생하였다. Table 5에서 분석된 최대 수평변위 및 층간변위 비의 증가율 계산과 마찬가지로 지진파 탁월주기가 증가할 수록 최대 응답 가속도는 전체적으로 평균 약 57% 상승하였고 지반이 연약해질수록 평균 약 62%의 증가율을 보였다. 즉, 지반이 연약할 때 건물의 응답 가속도의 증가율은 탁월주기가 증가하는 경우보다 더 높게 발생하였다.
3과 같이 실제 시공된 국내 OO 건물의 3D 해석단면을 이용하였다. 고유치해석을 실시한 결과 고유주기는 약 5.6초로 산정되어 건물 층수를 이용한 고유 주기 약산식(국토교통부, 2016a)으로 산출된 6.7초와 유사하게 나타났다. 반면 3D 해석 단면의 부재 크기를 단순히 2D 해석에 그대로 적용하고 고유치해석을 실시하게 되면 고유주기가 약 17.
이를 위해 건물 자체만 고려된 지하구조물 고정단 모델(PEER, 2017)과 건물과 지반을 함께 고려하는 연속체 모델의 초고층 건물의 동적거동을 비교･분석하였다. 그 결과 지반을 고려하는 연속체 모델을 사용하여 SSI를 고려하는 것이 타당하다고 주장하였다. 하지만 지진파의 탁월주기가 건물의 동적거동에 미치는 영향에 관한 연구는 미흡한 실정이다.
0초의 경우를 구하게 되면 약 78% 및 132%로 증가하는 것으로 나타나 지진파 탁월주기가 증가할수록 최대 휨응력의 증가율은 점점 상승하였다. 따라서 지진파 탁월주기가 건물의 고유주기와 근접하여 공진가능성이 커지기 때문에 건물 최대 휨응력에 지진파 크기, 지반조건보다 더 영향을 주는 것으로 나타났다.
0초일 때 최대응답 가속도는 장주기에 의해 공진가능성이 높아지기 때문에 하나의 탁월한 첨두점이 명확하게 나타났다. 따라서 지진파 탁월주기가 장주기일수록 응답 가속도 첨두점이 발생된 주기는 점진적으로 입력 지진파의 탁월주기로 수렴하는 경향을 보였다.
반면 연암조건일 때 평균 약 50%의 증가율이 발생하여 지반조건이 연약할수록 최대 응답 가속도는 증가하는 경향이 나타났다. 따라서 지진파 탁월주기가 장주기일수록, 지반조건에 따라 최대 응답 가속도는 비례적으로 높게 산출되었다.
0초로 발생하였다. 따라서 지진파 탁월주기가 증가할수록 최대 수평변위의 발생 가진시간은 증가하는 경향을 보였다. 또한 최대 수평변위 및 층간변 위비는 Table 5와 같이 정리되었다.
0초로 증가할 때 영향을 더 받는 것으로 나타났다. 따라서 최대 수평변위 및 층간변위비는 지진파 탁월주기가 1.0초에서 1.5초로 증가할 때 0.5초에서 1.0 초 및 1.5초에서 2.0초로 증가하는 경우보다 영향을 더 받는 것으로 나타났다. 특히 경암조건일 때 탁월주기가 1.
22g에서 허용 휨압축응력 24MPa 이상 발생하여 압축에 대한 취약부재가 나타났다. 또한 모든 부재의 경우 허용 휨인장응력 -4MPa를 초과하여 건물은 압축보다 인장에 대해 더 취약한 것으로 나타났다.
(2) 층간변위비 분포의 경우 취약층은 40~50층인 상층부에서 발생하여 다른 층에 비해 취약한 것으로 나타났다. 또한 지반이 연약할수록 수평변위가 증가하였기 때문에 지반조건이 극경암에서 연암으로 연약해질수록 허용 기준을 초과되는 층이 확대되었다.
이는 Table 7 과 동일하게 지반조건이 연약해지면 수평변위가 증가하고 휨응력은 감소하였기 때문인 것으로 판단된다. 또한 탁월 주기가 장주기화 될수록 지반조건이 연약해짐에 따라 발생된 최대 휨응력의 증가율은 점점 상승하는 것을 알 수있다.
0초 일 때 지상 1층 우측 벽체, 지하 1층우측 천정부에서 취약부가 발생하였다. 또한 탁월주기가 증가할수록 지하 5층에서 지상 37층 좌･우측 벽체 1~3번 기둥까지 취약부 범위가 확대되었다. 이는 입력지진파의 탁월 주기가 증가할수록 건물의 고유주기와 근접해져 공진가능 성이 높아지기 때문인 것으로 판단된다.
모든 경우에서 최대 응답 가속도의 최대값은 0.66g로 지진파 탁월주기가 2.0초, PGA 0.22g, 연암지반조건에서 발생하였다. Table 5에서 분석된 최대 수평변위 및 층간변위 비의 증가율 계산과 마찬가지로 지진파 탁월주기가 증가할 수록 최대 응답 가속도는 전체적으로 평균 약 57% 상승하였고 지반이 연약해질수록 평균 약 62%의 증가율을 보였다.
3% 범위 내에서 미세하게 증가하였다. 반면 연암조건일 때 평균 약 50%의 증가율이 발생하여 지반조건이 연약할수록 최대 응답 가속도는 증가하는 경향이 나타났다. 따라서 지진파 탁월주기가 장주기일수록, 지반조건에 따라 최대 응답 가속도는 비례적으로 높게 산출되었다.
3%로 산출되었다. 반면 지반조건이 극경암에서 연암으로 연약해질수록 최대 휨응력은 평균 18.9% 감소하였다. 이는 지반이 연약해질수록 변위는 증가하고 이에 휨응력은 감소하기 때문인 것으로 판단된다.
분석 결과 탁월주기 2.0초의 모든 경우, 1.5초의 PGA 0.22 g, 주기 1.0초의 극경암 PGA 0.22g에서 허용 휨압축응력 24MPa 이상 발생하여 압축에 대한 취약부재가 나타났다. 또한 모든 부재의 경우 허용 휨인장응력 -4MPa를 초과하여 건물은 압축보다 인장에 대해 더 취약한 것으로 나타났다.
분석 결과 탁월주기가 0.5초 일 때 취약부재는 발생하지 않았다. 하지만 1.
5%로 나타났다. 전체 경우에 대해 평균을 구하면 최대 수평변위 및 층간변위비는 각각 70.8% 및 57.0%로 증가하였다.
0% 증가하였다. 전체적으로 지반조건이 연약해질수록 각각 31.4% 및 23.8% 증가하였다.
취약층은 40~50층인 상층부에서 발생하여 다른 층에 비해 취약한 것으로 나타났다. 종합적으로 분석하면 층간변위비 분포는 지진파 탁월주기가 장주기일수록, 지반이 연약 할수록 허용 기준을 초과하는 층이 증가하였고 취약한 부분은 건물 상층부인 것으로 나타났다.
종합적으로 판단하였을 때 지진 시 초고층 건물에서 발생된 동적거동에 의해 지진파 종류가 지반조건, 지진파 크기보다 주요 파라미터인 것으로 확인되었다. 향후 연구 시최대 가속도와 탁월주기가 다른 실계측 지진파를 사용하면 좀 더 실제적인 건물의 동적거동 및 안정성을 파악할 수 있을 것으로 사료된다.
종합적으로 판단할 때, 탁월주기가 증가할 때 건물 탁월 주기와 근접해지면 공진가능성이 증가되기 때문에 최대 수평변위 및 층간변위비의 증가율은 다른 파라미터보다 크게 발생하여 더 영향을 주는 것으로 나타났다.
Table 5에서 분석된 최대 수평변위 및 층간변위 비의 증가율 계산과 마찬가지로 지진파 탁월주기가 증가할 수록 최대 응답 가속도는 전체적으로 평균 약 57% 상승하였고 지반이 연약해질수록 평균 약 62%의 증가율을 보였다. 즉, 지반이 연약할 때 건물의 응답 가속도의 증가율은 탁월주기가 증가하는 경우보다 더 높게 발생하였다.
지반이 연약할수록 질량참여율은 약 34.4% 증가하였고 1차 모드의 경우 탁월주기는 18% 증가하는 경향을 보였다. 이는 지반이 연약할수록 단위중량은 작아지고 이로 인해 전체 진동에서의 참여하는 비율인 질량참여율은 감소하게 되지만 반대로 건물의 경우 증가하기 때문인 것으로 판단된다.
38로 증가하여, 각각 160% 및 100% 증가하였다. 지반조건 3가지 및 지진파 크기 2가지의 총 6가지 경우에 대해 각각 101.6% 및 77.5% 증가하였다. 마찬가지로 1.
8은 건물 최대 응답 가속도를 지진파 탁월주기별로 나타낸 것이다. 지반조건이 극경암 및 경암일 때 지진파 탁월주기가 1.5초에서 2.0초로 증가하면 최대 응답 가속도는 3.4%~6.3% 범위 내에서 미세하게 증가하였다. 반면 연암조건일 때 평균 약 50%의 증가율이 발생하여 지반조건이 연약할수록 최대 응답 가속도는 증가하는 경향이 나타났다.
1%로 증가하였다. 지진파 크기가 커질수록 각각 전체 평균 42.8% 및 43.4%의 증가율을 보였다. 한편 PGA 0.
지진파 탁월주기가 0.5초이고, 경암 지반조건에서 지진파 크기가 증가할 때 최대 수평변위 및 층간변위비는 각각 35.0→50.1, 0.22→0.32로 43.1% 및 45.5% 증가하였다.
지진파 탁월주기의 영향을 좀 더 분석하고자 Fig. 10과 같이 초고층 건물의 최대 수평변위가 발생된 가진시간 때 최대 휨응력을 나타내었다. 그림에서 ‘comp.
이 때 변위는 지하 바닥면과 접하고 있는 지반의 수평변위를 제외한 건물의 순수 수평변위(이하 ‘최대 수평변위’)를 이용하였다. 최대 수평변위가 발생하는 가진시간은 지진파 탁월주기가 0.5초일 때 지반조건 (극경암/경암/연암)별로 각각 12.0/10.0/17.0초, 1.0초인 경우 29.0/30.0/28.0초, 1.5초는 44.0/102.0/46.0 초, 2.0초일 때 61.0/42.0/53.0초로 발생하였다. 따라서 지진파 탁월주기가 증가할수록 최대 수평변위의 발생 가진시간은 증가하는 경향을 보였다.
0초보다 약 46% 및 55% 증가하였다. 최대 층간변위비는 극경암조건에서 탁월 주기가 1.5초에서 2.0초로 증가할 때 영향을 더 받는 것으로 나타났다. 따라서 최대 수평변위 및 층간변위비는 지진파 탁월주기가 1.
32로 증가하여, 각각 54% 및 68% 증가하였다. 탁월주기 4가지 및 PGA 2가지의 총 8 경우에 대해 각각 23.6% 및 20.3% 증가하였다. 마찬가지로 경암에서 연암으로 연약해질수록 각각 39.
5% 증가하였다. 탁월주기 4가지 및 지반조건 3가지의 총 12 경우에 대해 각각 43.0% 및 42.9% 증가하였다. 마찬가지로 극경암 및 연암에서는 최대 수평변위/층간변위비는 각각 43.
0초로 증가할 때 연암 지반조건의 최대 수평변위및 층간변위비는 각각 약 40% 및 57% 증가하였다. 탁월주기가 1.0초에서 1.5초로 증가할 때 약 91% 및 77%의 증가율을 보여 0.5초에서 1.0초 및 1.5초에서 2.0초의 경우보다 더 최대 수평변위 및 층간변위비에 더 큰 영향을 주는 것으로 나타났다. 한편 Fig.
0초로 증가하는 경우보다 영향을 더 받는 것으로 나타났다. 특히 경암조건일 때 탁월주기가 1.5초에서 2.0초로 증가하는 경우 최대 층간변위비는 더 영향을 받는 것으로 확인되었다.

후속연구

본 연구에서는 지진파 탁월주기가 초고층 건물 동적거동에 미치는 영향을 분석하고자 최대 가속도는 일정하지만 탁월주기가 다른 지진파들이 필요하다. 하지만 인공지진파의 생성을 통해서는 원하는 지진파들을 얻기가 어렵다.
종합적으로 판단하였을 때 지진 시 초고층 건물에서 발생된 동적거동에 의해 지진파 종류가 지반조건, 지진파 크기보다 주요 파라미터인 것으로 확인되었다. 향후 연구 시최대 가속도와 탁월주기가 다른 실계측 지진파를 사용하면 좀 더 실제적인 건물의 동적거동 및 안정성을 파악할 수 있을 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	탁월주기의 증가는 최대 수평변위 및 층간 변위비에 어떤 영향을 미치는가?	종합적으로 판단할 때, 탁월주기가 증가할 때 건물 탁월 주기와 근접해지면 공진가능성이 증가되기 때문에 최대 수평변위 및 층간변위비의 증가율은 다른 파라미터보다 크게 발생하여 더 영향을 주는 것으로 나타났다.
	MIDAS GTS NX이란?	본 연구에서는 지반 범용 해석 프로그램인 MIDAS GTS NX를 이용하여 2D 해석 시 연속체 모델을 고려한 초고층 건물의 동적거동을 지진파 탁월주기에 따라 비교･분석하고자 하였다. 이를 위해 Fig.
	지반조건이 극경암에서 연암으로 연약해질수록 최대 휨응력 감소하는 이유는 무엇인가?	9% 감소하였다. 이는 지반이 연약해질수록 변위는 증가하고 이에 휨응력은 감소하기 때문인 것으로 판단된다.

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원문보기 상세보기
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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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